Blick ins Getriebe einer Zementmühle - um hier die Ausfallzeiten zu minimieren, ist Condition Monitoring oft das Mittel der Wahl.

Blick ins Getriebe einer Zementmühle - um hier die Ausfallzeiten zu minimieren, ist Condition Monitoring oft das Mittel der Wahl. - Bild: GfM

| von Stefan Weinzierl

Eine Faustregel besagt, dass Antriebe von Zementmühlen an rund 340 Tagen pro Jahr 24 Stunden verfügbar sein müssen. Dafür ist nicht nur die Qualität des Antriebs selbst verantwortlich, sondern vor allem die Instandhaltung hat natürlich großen Einfluss auf die Verfügbarkeit.

In den Köpfen der Betreiber besteht dabei die Idealvorstellung, dass sowohl Wälzlager wie Getriebe ihrer Antriebe völlig störungs- und schadenfrei arbeiten, bis dereinst ihre projektierte Lebensdauer erreicht ist - oder vielleicht sogar noch ein wenig darüber hinaus.

Allerdings sieht die Wirklichkeit anders aus: Diverse Faktoren, die auf den Antrieb einwirken, haben zur Folge, dass manche Elemente schon vorher das Zeitliche segnen - selbst bei optimaler Pflege.

 

Mit Condition Monitoring wissen, was wann wo passiert

Um also den hohen Erwartungen in Sachen Verfügbarkeit der Anlage gerecht zu werden, sollten zwei Dinge bekannt sein:

  • was genau passiert mit dem Antrieb
  • wann werden welche Bauteile ihren Abnutzungsvorrat verbraucht haben

Aber Achtung: Der Abbau des Abnutzungsvorrats erfolgt nicht linear. Das heißt auch, dass der übliche, einmal im Jahr erfolgende Kontrollblick via Schaulochdeckel nicht ausreicht. Besonders, weil Wälzlager in aller Regel schlicht uneinsehbar sind.

Informationen über den Zustand der Anlage sollten also regelmäßig einlaufen - zumindest alle paar Tage sollten aktuelle, belastbare Zustandsinformationen vorliegen. Ein Werkzeug der Instandhaltung, das dies leistet, ist die seit Jahrzehnten bewährte Schwingungsdiagnose.

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Aus den leicht zu messenden und interpretierbaren Schwingungen kann der Anwender eine Vielzahl an Informationen, speziell über mechanische Phänomene im Inneren der Maschine, gewinnen. So erzeugt beispielsweise ein Fehler auf der Laufbahn eines Wälzlagers bei jedem Wälzkörper, der den Schaden passiert, einen Stoß.

Die Frequenz (Stöße pro Sekunde) resultiert aus der Drehzahl und den inneren Daten der Wälzlager. Übrigens lassen sich Schäden an Zahnrädern ganz ähnlich fest- und darstellen. Dabei sind die Schwingungen so spezifisch, dass sie sich mithilfe der Frequenz - und einer gewissen Erfahrung - einer ganz speziellen mechanischen Ursache zuordnen lassen.

Maschinendiagnose mit Hilfe von Beschleunigungssensoren

Mittels Auswertung des Schwingungssignals können also anhand weniger Regeln klare Rückschlüsse auf Art und Zustand der Schädigung eines Antriebs gezogen werden. Die Messung erfolgt dabei in aller Regel durch piezoelektrische Beschleunigungssensoren. Sie sind hinreichend genau, haben einen großen Messbereich, sind robust, leicht zu installieren und nicht teuer.

Um die Schwingungen eines mit konstanter Drehzahl laufenden Antriebs zu visualisieren, werden sie im Spektrum und im Hüllkurvenspektrum auf einem Bildschirm sichtbar gemacht. Antriebe werden heutzutage aber oft mit variablen Drehzahlen betrieben. Darum sind heute stattdessen das Ordnungsspektrum und das Hüllkurvenordnungsspektrum in Gebrauch.

Moderne Zustandsüberwachungssysteme bilden die genannten Spektren hochauflösend ab. Dadurch können die Schwingungen bis auf wenige Millihertz genau - der Fachmann sagt 'feingliedrig' - gemessen werden. Dabei ist die Genauigkeit keine selbstverliebte Technikspielerei, sondern sie ist notwendig, um Defekte zu analysieren und dabei Fehlinterpretationen zu vermeiden.

Praxisbeispiel für Condition Monitoring

Spektrogramm
Spektrogramm - Bild: GfM

Das oben abgebildete Spektrogramm zeigt, wie sich Amplituden bestimmter Schwingungsfrequenzen mit der Zeit erhöhen. Die Einordnung als Schadensfrequenzen ergibt sich aus einer vorhergehenden Berechnung.

Der konkret progressive Amplitudenverlauf lässt den Rückschluss auf einen kritischen Schadensverlauf zu, der den Ersatz der geschädigten Teile erfordern wird. Allerdings ist zum gezeigten Schädigungsstadium noch ausreichend Zeit, die Instandsetzung vorzubereiten, Ersatzteile, Hebezeuge und Instandsetzungspersonal heranzuschaffen und den Stillstand in die Fertigungsplanung zu integrieren.

Vorschädigung rechtzeitig festgestellt

Im vorliegenden Fall untermauerte das Schadensbild, das sich nach dem Öffnen des Getriebes zeigte, schlussendlich das Ergebnis der Schwingungsdiagnose. Obwohl das Ausmaß der Schädigung noch keine Einschränkung im Fertigungsablauf erforderte, handelt es sich doch um eine signifikante Vorschädigung, die einen Totalausfall des Antriebs nach sich gezogen hätte.

Da aber der Schaden rechtzeitig erkannt wurde, konnte die Mühle bis zum Instandsetzungstermin mit voller Leistung produzieren. Die Lösung Condition Monitoring führt also zu einer signifikanten Erhöhung der Verfügbarkeit - und davon konnte der Betreiber der Zementmühle - im Vergleich mit dem relativ geringen finanziellen Aufwand für die Lösung - klar profitieren.

Eine geschädigte Zahnflanke - dieses Bild bot sich den Instandhaltern nach dem Öffnen der Maschine und bestätigte die Daten des Condition Monitoring.
Eine geschädigte Zahnflanke - dieses Bild bot sich den Instandhaltern nach dem Öffnen der Maschine und bestätigte die Daten des Condition Monitoring. - Bild: GfM

Die Gesellschaft für Maschinendiagnose GfM hat ihr Online Condition Monitoring System, den Peakanalyzer, im Einsatz. Das System überwacht die Schwingungen an beliebig vielen Sensoren vollautomatisch und ohne menschliches Zutun. Alle paar Minuten werden Schwingungen analysiert.

Nur wenn konkrete Hinweise auf einen möglichen Schaden vorliegen, löst das System einen Alarm aus und benachrichtigt den menschlichen Instandhalter, der eine konkrete Entscheidung trifft. In der Regel wird man den Antrieb dann weiter betreiben, aber den Zustand konkreter beobachten und in aller Ruhe eine Instandsetzung einleiten.

GfM

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